JP4223886B2

JP4223886B2 - 電圧変動検出装置

Info

Publication number: JP4223886B2
Application number: JP2003287307A
Authority: JP
Inventors: 寛伊藤; 正樹山田; 明彦岩田; 敏之菊永; 伸彦羽田野
Original assignee: Kansai Electric Power Co Inc; Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Kansai Electric Power Co Inc; Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-08-06
Filing date: 2003-08-06
Publication date: 2009-02-12
Anticipated expiration: 2023-08-06
Also published as: JP2005057910A

Description

この発明は、負荷に供給される電力系統の電圧が瞬時的に低下（以下、瞬低と称す）した際に、それを検出する電圧変動検出装置に関するものである。

従来の電圧変動検出装置では、電源電圧と、この電源電圧に同期され基準正弦波発生回路によって発生された基準電圧を、各々全波整流回路で整流し、全波整流された両者の差電圧を１／４サイクル積分回路で積分し、積分値が検出判定レベルか否かをみて電源電圧の瞬時電圧低下を検出する。また、全波整流回路の前段にバンドパスフィルタを配設し、基準電圧と差分をとる電源電圧を高調波成分を除去した基本波成分のみの電源電圧に形成する（例えば、特許文献１参照）。

特開平７−２３１５８１号公報

従来の電圧変動検出装置では、電源電圧の瞬低検出の際、バンドパスフィルタを設けて電源電圧の高周波ノイズを除去することにより誤検出を防止していた。しかしながら、フィルタにより高周波ノイズが除去されると同時に電圧波形になまりを伴うため、差電圧波形の積分結果より電圧低下を検出する場合、検出遅れが発生していた。また、フィルタ通過後の入力信号にディレー時間が発生して検出装置内部で高速に計算・処理できたとしても、実際の検出時間にはディレー時間が加算されてしまう。
また、電源電圧に同期され基準正弦波発生回路によって発生された基準電圧を用いて、この基準電圧と電源電圧との差電圧を積分して瞬低を検出しており、瞬低により電源電圧波形の位相がずれた場合にも、ずれた状態の電源電圧に同期する基準電圧を発生させる。このため、基準電圧は理想波形とはいえず、この基準電圧を用いて信頼性の高い瞬低検出を行うには困難であった。

この発明は、上記のような問題点を解消するために成されたものであって、高調波成分を有する系統電圧の瞬低を、検出遅れを生じることなく、高速で信頼性よく検出することを目的とする。

この発明に係る電圧変動検出装置は、系統電圧を監視し、該系統電圧と基準電圧との差電圧を所定の周期で積分した積分値に基づいて上記系統電圧の低下を検出する。そして、上記系統電圧の最大振幅に基づいて高調波成分除去用の第１の検出レベルを設定し、上記差電圧を、該差電圧が上記第１の検出レベルを超える場合のみ上記所定の周期で積分し、該積分値が予め設定された第２の検出レベルを超えるとき、上記系統電圧の低下を検出するものである。

また、上記系統電圧の最大振幅に基づいて高調波成分除去用の第１の検出レベルを設定し、上記差電圧における上記第１の検出レベルを超えた超過分を上記所定の周期で積分し、該積分値が予め設定された第２の検出レベルを超えるとき、上記系統電圧の低下を検出するものである。

また、上記所定の周期での積分は、上記差電圧の電圧波形の零クロス点でリセットする積分であり、該積分値が予め設定された検出レベルを超えるとき、上記系統電圧の低下を検出するものである。

このような電圧変動検出装置では、瞬低の検出に用いる差電圧は、高調波成分除去用の第１の検出レベルにより前もって高調波成分を除去し、該高調波成分が除去された差電圧を積分して、該積分値で瞬低を検出している。このため、フィルタを用いることなく高調波成分が除去でき、高調波成分の重畳による瞬低誤検出が防止できると共に、フィルタに起因した検出遅れも生じない。このため、系統電圧が高調波成分を有していても、高速に信頼性よく瞬低検出が行える。

また、差電圧の電圧波形の零クロス点でリセットする積分を行い、該積分値で瞬低を検出するため、差電圧形成のための基準電圧の位相に拘わらず、電圧低下量に合致した積分値が演算でき、瞬低を効率的に高速に検出することができる。また、基準電圧の位相を系統電圧に同期させる必要が無く、瞬低により系統電圧の電圧波形の位相がずれた場合にも、正常状態の電圧波形を基準電圧に用いることが可能になり、信頼性の高い瞬低検出が可能になる。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１について説明する。
図１は、この発明の実施の形態１による電圧変動検出装置を示すブロック図である。また、この電圧変動検出装置の動作を説明する電圧波形図を図２〜図４に示す。
図１に示すように、系統電源線路１からの電力を系統電圧検出用変換器２で降圧された系統電圧Ｖｓは波形データ抽出部１０に入力される。波形データ抽出部１０では、系統電圧Ｖｓの位相、周波数、振幅などの波形情報を保存し、保存された過去の波形情報、例えば、１周期あるいは２周期以上さかのぼった波形情報を抽出して出力する。このとき、系統電圧Ｖｓに瞬低が発生していれば、その時点の波形情報は保存せず、過去の正常時の波形情報を抽出して出力する。理想波形生成部１１では、波形データ抽出部１０から出力される波形情報を用い、基準電圧としての理想波形Ｖｏを生成する。この理想波形Ｖｏは、過去の正常時の系統電圧Ｖｓの波形情報を用いて生成するため、系統電圧Ｖｓに瞬低が発生した周期中においても正常な波形情報による理想波形Ｖｏの生成が行える。

理想波形Ｖｏは、系統電圧Ｖｓと共に減算器６に入力され、減算器６は、図２に示すように、電圧低下量を表す差電圧Ｖｘ（＝（Ｖｏ−Ｖｓ））を出力する。Th1判定器１３では、瞬低検出に考慮する必要がない第１の検出レベル（以下、Th1レベルと称す）を予め設定し、差電圧ＶｘがTh1レベル以下の場合、Ｖｘの値を積分したときに影響の出ない値、例えば０に置き換え、図３に示すように、Th1レベルを超える場合のみで構成される第２の差電圧Ｖxaを出力する。この第２の差電圧Ｖxaは積分器１４ａにより積分され、図４に示すように、積分値Ｖintが出力される。

一方、理想波形Ｖｏは零クロス判定器１２ａにも入力されて、零クロス点が検出されると零クロス信号が積分器１４ａに入力される。積分器１４ａでは、零クロス信号が入力されると、第２の差電圧Ｖxaの積分をリセットする。即ち、積分器１４ａでは、理想波形Ｖｏの零クロス点間で繰り返し積分を行い、積分値Ｖintを出力する。
Th2レベル検出器１５では、積分値Ｖintを入力として、該積分値Ｖintが予め設定された第２の検出レベル（以下、Th2レベルと称す）を超えた時、瞬低と判定し、これによって瞬低の発生が検出される。

なお、上記説明において、Th1レベル、Th2レベルとは、それぞれ正負双方の検出レベルTh1・−Th1、Th2・−Th2を示し、該検出レベルを超えるとは、−Th1〜Th1（または−Th2〜Th2）の範囲を外れることを示し、検出レベル以下とは−Th1〜Th1（または−Th2〜Th2）の範囲内であることを示す。また、検出レベルを正負双方で持たせた場合を示したが、正の場合のみにして絶対値で検出してもよい。

ところで、系統電圧Ｖｓは高周波ノイズを含んでいる可能性があり、理想波形Ｖｏ、系統電圧Ｖｓの何れかに高周波ノイズが含まれると、差電圧Ｖｘにも高周波ノイズが含まれる。瞬低検出を行う場合、正常時に起こりうる高周波ノイズ等の電圧変動成分は瞬低と判定する必要がない。例えば、系統電圧Ｖｓが正弦波の最大振幅の１０％までの電圧低下は正常とする場合、差電圧Ｖｘが上記最大振幅の１０％以下であれば、瞬低検出のためのデータとして取り扱う必要がない。このため、この実施の形態では、正常時に許容される範囲、即ち瞬低検出に考慮する必要がないレベルをTh1レベルとし、差電圧ＶｘがTh1レベル以下の場合については、例えば０に置き換える等によりデータをキャンセルして、Th1レベルを超える場合のみで構成される第２の差電圧ＶxaをTh1判定器１３から出力させる。そして、第２の差電圧Ｖxaを理想波形Ｖｏの零クロス点間で積分した積分値Ｖintにより瞬低を検出する。

このように、正常時に許容される程度の電圧低下時における高調波成分は予め除去して積分しているため、高調波成分の重畳による瞬低誤検出が防止できる。また、従来技術で示したようなフィルタを用いていないため、フィルタに起因した検出遅れも生じない。このため、系統電圧Ｖｓが高調波成分を有していても、高速に信頼性よく瞬低検出が行える。

なお、図２〜図４では、瞬低が検出される場合について示したが、図５に示すように、系統電圧Ｖｓには検出すべき瞬低は発生しておらず高周波ノイズ成分が重畳された場合について、以下に説明する。
この場合、系統電圧Ｖｓの電圧波形は歪んだ正弦波であり、理想波形Ｖｏは正弦波（歪みなし）を示している。このとき差電圧Ｖｘは高周波ノイズ成分を示すが、この差電圧ＶｘはTh1レベル以下であるため、全て０に置き換える等によりキャンセルされ、Th1レベルを超える場合のみで構成される第２の差電圧Ｖxaは、図６に示すように０になる。この第２の差電圧Ｖxaを理想波形Ｖｏの零クロス点間で積分した積分値Ｖintにより瞬低を検出するものであるが、第２の差電圧Ｖxaは０であるため、瞬低は検出されない。このように、系統電圧Ｖｓに重畳される高周波ノイズ成分は差電圧から予め除去されて積分されるため、高周波ノイズ成分を積分することによって正常時に許容される程度の電圧低下を瞬低として検出してしまう誤検出が防止できる。

また、上記実施の形態では、第２の差電圧Ｖxaは、Th1レベルを超える差電圧Ｖｘのみで構成したが、差電圧ＶｘにおけるTh1レベルを超えた超過分を第２の差電圧Ｖxaとしても良い。この場合、積分値Ｖintの大きさは減少するが、その分、瞬低検出に用いるTh2レベルを低減すれば同様の効果を有する。

実施の形態２．
以下、この発明の実施の形態２について説明する。
図７は、この発明の実施の形態２による電圧変動検出装置を示すブロック図である。また、この電圧変動検出装置の動作を説明する電圧波形図を図８〜図１０に示す。
図７に示すように、系統電源線路１からの電力を系統電圧検出用変換器２で降圧された系統電圧Ｖｓは波形データ抽出部１０に入力される。波形データ抽出部１０では、上記実施の形態１と同様に、系統電圧Ｖｓの位相、周波数、振幅などの波形情報を保存し、保存された過去の波形情報を、例えば、１周期あるいは２周期以上さかのぼった波形情報を抽出して出力する。このとき、系統電圧Ｖｓに瞬低が発生していれば、その時点の波形情報は保存せず、過去の正常時の波形情報を抽出して出力する。理想波形生成部１１では、波形データ抽出部１０から出力される波形情報を用い、基準電圧としての理想波形Ｖｏを生成する。この理想波形Ｖｏは、過去の正常時の系統電圧Ｖｓの波形情報を用いて生成するため、系統電圧Ｖｓに瞬低が発生した周期中においても正常な波形情報による理想波形Ｖｏの生成が行える。図８に、系統電圧Ｖｓが瞬低により位相がずれた場合の例を示す。

理想波形Ｖｏは、系統電圧Ｖｓと共に減算器６に入力され、減算器６は、図９に示すように、電圧低下量を表す差電圧Ｖｘ（＝（Ｖｏ−Ｖｓ））を出力する。
Th1判定器１３では、上記実施の形態１と同様に、正常時に許容される範囲、即ち瞬低検出に考慮する必要がないTh1レベルを予め設定し、差電圧ＶｘがTh1レベル以下の場合、Ｖｘの値を積分したときに影響の出ない値、例えば０に置き換え、Th1レベルを超える場合のみで構成される第２の差電圧Ｖxaを出力する。この第２の差電圧Ｖxaは積分器１４により積分され、図１０に示すように、積分値Ｖintが出力される。

一方、差電圧Ｖｘは零クロス判定器１２にも入力されて、零クロス点が検出されると零クロス信号が積分器１４に入力される。積分器１４では、零クロス信号が入力されると、第２の差電圧Ｖxaの積分をリセットする。即ち、積分器１４では、差電圧Ｖｘの電圧波形の零クロス点間で繰り返し積分を行い、積分値Ｖintを出力する。
Th2レベル検出器１５では、積分値Ｖintを入力として、上記実施の形態１と同様に、該積分値Ｖintが予め設定されたTh2レベルを超えた時、瞬低と判定し、これによって瞬低の発生が検出される。

この実施の形態においても、上記実施の形態１と同様に、正常時に許容される程度の電圧低下時における高調波成分は予め除去して積分しているため、高調波成分の重畳による瞬低誤検出が防止できる。また、従来技術で示したようなフィルタを用いていないため、フィルタに起因した検出遅れも生じない。このため、系統電圧Ｖｓが高調波成分を有していても、高速に信頼性よく瞬低検出が行える。

また、高調波成分が除去された第２の差電圧Ｖxaを積分する際、差電圧Ｖｘの電圧波形の零クロス点でリセットし、この零クロス点間で繰り返し積分する。このため、図９に示すように、瞬低による位相ずれで差電圧波形の零クロス点と理想波形Ｖｏの零クロス点の位相がずれていても、常に電圧低下量に合致した積分値Ｖintの演算が行える。このため、図１０に示すように、理想波形Ｖｏの零クロス点で積分をリセットする比較例に見られるような瞬低検出の遅れがなく、瞬低を効率的に高速に検出することができる。

また、差電圧形成のための基準電圧（理想波形Ｖｏ）の位相が系統電圧Ｖｓに同期していなくても瞬低を効率的に高速に検出することができるため、基準電圧の位相を系統電圧Ｖｓに同期させる必要がない。このため、瞬低により系統電圧Ｖｓの位相がずれた場合にも、正常状態の電圧波形（理想波形Ｖｏ）を基準電圧に用いて信頼性の高い瞬低検出が行える。

なお、上記実施の形態では、上記実施の形態１と同様に、フィルタを用いることなく高調波成分を予め除去して積分したが、高調波成分の除去方法に拘わらず、電圧低下量を示す差電圧を積分する際、差電圧の電圧波形の零クロス点でリセットし、この零クロス点間で繰り返し積分するようにできる。

この発明の実施の形態１による電圧変動検出装置を示すブロック図である。この発明の実施の形態１による電圧変動検出装置の動作を説明する電圧波形図である。この発明の実施の形態１による電圧変動検出装置の動作を説明する電圧波形図である。この発明の実施の形態１による電圧変動検出装置の動作を説明する電圧波形図である。この発明の実施の形態１の別例による電圧変動検出装置の動作を説明する電圧波形図である。この発明の実施の形態１の別例による電圧変動検出装置の動作を説明する電圧波形図である。この発明の実施の形態２による電圧変動検出装置を示すブロック図である。この発明の実施の形態２による電圧変動検出装置の動作を説明する電圧波形図である。この発明の実施の形態２による電圧変動検出装置の動作を説明する電圧波形図である。この発明の実施の形態２による電圧変動検出装置の動作を説明する電圧波形図である。

符号の説明

１系統電源線路、２系統電圧検出用変換器、６減算器、
１０波形データ抽出部、１１理想波形生成部、１２零クロス判定器、
１３ Th1判定器、１４，１４ａ積分器、１５ Th2レベル検出器、Ｖｓ系統電圧、
Ｖｏ理想波形、Ｖｘ差電圧、Ｖxa 第２の差電圧、Ｖint 積分値。

Claims

系統電圧を監視し、該系統電圧と基準電圧との差電圧を所定の周期で積分した積分値に基づいて上記系統電圧の低下を検出する電圧変動検出装置において、上記系統電圧の最大振幅に基づいて高調波成分除去用の第１の検出レベルを設定し、上記差電圧を、該差電圧が上記第１の検出レベルを超える場合のみ上記所定の周期で積分し、該積分値が予め設定された第２の検出レベルを超えるとき、上記系統電圧の低下を検出することを特徴とする電圧変動検出装置。
系統電圧を監視し、該系統電圧と基準電圧との差電圧を所定の周期で積分した積分値に基づいて上記系統電圧の低下を検出する電圧変動検出装置において、上記系統電圧の最大振幅に基づいて高調波成分除去用の第１の検出レベルを設定し、上記差電圧における上記第１の検出レベルを超えた超過分を上記所定の周期で積分し、該積分値が予め設定された第２の検出レベルを超えるとき、上記系統電圧の低下を検出することを特徴とする電圧変動検出装置。
上記所定の周期での積分は、上記差電圧の電圧波形の零クロス点でリセットする積分であることを特徴とする請求項１または２記載の電圧変動検出装置。
系統電圧を監視し、該系統電圧と基準電圧との差電圧を所定の周期で積分した積分値に基づいて上記系統電圧の低下を検出する電圧変動検出装置において、上記所定の周期での積分は、上記差電圧の電圧波形の零クロス点でリセットする積分であり、該積分値が予め設定された検出レベルを超えるとき、上記系統電圧の低下を検出することを特徴とする電圧変動検出装置。
上記系統電圧波形を保存し過去の波形情報を抽出する手段を有し、上記系統電圧の低下が検出されていない正常時の系統電圧波形を抽出して上記基準電圧として用いることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電圧変動検出装置。